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锆对碳钢耐大气腐蚀性能的影响

马丽微  
【摘要】: 近年来,耐候钢得到极大的发展,Cu、P、Cr、Ni等合金元素的加入,使普碳钢具有了良好的耐大气腐蚀性能。国内外已有研究表明,向钢中添加合金元素锆可以提高钢的力学性能,改善钢中夹杂物。而有关锆对碳钢耐大气腐蚀性能影响报导甚少,鉴于锆自身极强的耐腐蚀性及其在钢中的作用,本文向碳钢中添加了微量合金元素锆(Zr),研究了锆的作用及其对碳钢耐大气腐蚀性能的影响。 本试验共冶炼了四种不同锆含量的试验钢,1~#(0.018%Zr)、2~#(0.023%Zr)、3~#(0.059%Zr)和4~#(0.049%Zr),其中将4~#试验钢中的磷含量提高到0.11%。将试验钢进行锻造轧制成3.5mm厚试验用钢板,并加工成试验用腐蚀片,以工业化大生产的SS400碳钢做对比钢,主要通过实验室加速腐蚀实验测定试验钢的腐蚀率,利用金相显微镜,扫描电镜及X衍射对试验钢微观组织及锈层进行分析,并从电化学角度评价了试验钢的耐腐蚀性能,同时对试验钢进行力学性能测试。 实验结果表明:1)Zr使得试验钢的夹杂物大部分以球状氧化物的形态存在,氧化锆夹杂在锈层中分布,稳定了试验钢的锈层,阻碍腐蚀离子的侵入;2)在模拟工业大气环境中,四种含锆试验钢均较碳钢具有较好的耐蚀性,其中单一添加合金元素锆的三种试验钢的耐蚀性约为碳钢的1.14-1.25倍,4~#磷含量为0.11%的试验钢的耐蚀性约为碳钢的1.175-1.40倍;3)在模拟海洋大气腐蚀环境下,四种含锆钢的耐腐蚀性能均较碳钢有所提高;4)添加Zr能有利于锈层中γ-Fe_2O_3/γ-FeOOH向a-FeOOH转化,有利于保护性锈层的形成,同时使锈层更加致密;5)将试验钢周浸72h和144h,对所制备的锈层进行电化学极化曲线和交流阻抗谱的测试,结果表明,试验钢的锈层电位较碳钢的锈层电位均发生了不同程度地正移,锈层电阻增大。 从以上结果可以看出,在本论文试验条件下,向碳钢中单一添加合金元素锆可以提高碳钢的耐大气腐蚀性能。在模拟工业大气环境下,复合添加锆和磷可将碳钢的耐大气腐蚀性能提高20%以上,在海洋大气腐蚀环境下,相对碳钢的耐腐蚀性能提高11.8%。锆元素的添加对试验钢的力学性能基本没有影响。


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